Леонид Хренов - Время и календарь
Завод художественных часов в Москве начал выпуск кварцевых настенных часов с кукушкой, отличающихся высокой точностью хода.
Часовая промышленность СССР освоила выпуск наручных электронно-кварцевых часов, отличающихся высокой точностью хода; за сутки они могут отстать или уйти вперед не более чем на две секунды.
После разработки академиками Н. Г. Басовым и Л. М. Прохоровым в 1954 г. генераторов высокостабильных колебаний [27] были созданы часы, маятником в которых служат колебания молекул аммиака. Такие часы называют «квантовыми» или «атомными», а иногда «молекулярными». Они позволяют получать «атомные секунды». Время, отсчитываемое по таким часам, называют атомным. 24 атомных часа составляют атомные сутки, содержащие 86 400 атомных секунд, которые не связаны ни с вращением Земли, ни с временем, определяемым астрономически.
Исследования показали возможность достижения точности хода атомных часов до миллионной доли секунды в сутки, т. е. они могут отстать на одну секунду от времени, определяемого астрономически, лишь за 500 000 лет. Работу таких часов, представляющих комплекс сложных приборов, контролирует квантовый генератор. Атомные часы хранятся во Всесоюзном Ордена Трудового Красного Знамени НИИ физико-технических и радиотехнических измерений (ВНИИФТРИ) под Москвой. Они и являются центром времени и частоты СССР; их официальное название «Государственный первичный эталон времени и частоты». Для таких часов — хранителей точного времени, установленных в глубоком подвале, обеспечивается специальный режим; им необходим абсолютный покой. Их оберегают от колебаний температуры, влажности, давления, от вибрации и других внешних воздействий; даже незначительные колебания гасятся специальной конструкцией их фундамента. Это от них идут шесть коротких сигналов, передаваемых в нашей стране каждый час по радио: информация о точном времени, которую ежедневно слышат миллионы людей.
Высокая точность атомных часов позволила по разности всемирного и атомного времени определить сезонные неравномерности вращения Земли, что является причиной нестабильности в длительности суток, в годовом и полугодовом периодах, составляющие соответственно 0,0005 и 0,0003 секунды. Установлено, что, например, в июле сутки короче апрельских и ноябрьских примерно па 0,001 секунды. Однако, несмотря на высокую точность атомного счета времени, необходимость во времени, определяемом астрономически, сохраняется при решении ряда задач астрономии, геодезии и других наук.
На XIII Международной конференции по мерам и весам, состоявшейся в 1967 г., было рекомендовано за единицу времени — секунду принять «продолжительность 9 192 631 770 колебаний излучения, соответствующего резонансной частоте перехода между двумя уровнями сверхтонкой структуры основного состояния атома цезия-133 при отсутствии возмущений от внешних полей». После этого в СССР и во всех развитых странах за эталон времени приняли «атомную секунду». Она, как показали исследования, совпадает с секундой среднего солнечного времени, представляющей 1/86 400 часть средних солнечных суток, с точностью порядка 10-8. Атомная секунда, вызвавшая настоящую революцию в вопросах определения точного времени в промежутках между астрономическими определениями, являлась до 1983 г. эталоном времени в СССР [28].
Однако развитие научно-технической революции потребовало определения времени с еще большей точностью, стимулируя этим работы по совершенствованию Государственного первичного эталона времени и частоты. Поэтому с 1983 г. в СССР пользуются новым первичным эталоном времени, основу которого составляют два метрологических цезиевых репера частоты, из которых каждый воспроизводит «размер» секунды в системе СИ. Этот эталон по своим метрологическим характеристикам значительно превосходит эталон 1967 г., а по точности — все известные стандарты частоты; он входит в число трех лучших первичных эталонов времени и частоты мира.
В последние годы учеными Института теплофизики Сибирского отделения АН СССР созданы еще более точные часы. В них «маятник» заменен единственным в мире стабильным лазером. Он производит миллион миллиардов колебаний — ритмических световых вспышек в одну секунду времени, а часы с таким «маятником» — оптические часы — характеризуются погрешностью хода в одну секунду за 10 миллионов лет [29]. На основе такого лазера представляется возможным создать единый эталон времени — частоты — длины, понимая под последним метр как «длину пути, проходимого плоской электромагнитной волной в вакууме за 1/299 792 485 секунды». Такое определение метра было рекомендовано в 1983 г. Консультативным комитетом Международного бюро мер и весов. Хотя такой эталон, такие часы находятся еще в стадии совершенствования, но «…все же они уже живут не в мечтах, не в планах, а в реальности, «в железе» [30].
Во Франции в портовом городе Гавре установлены новые часы гигантских размеров, показывающие, как считают жители города, самое точное время на Земле и аналога которым нет в мире, или, во всяком случае, во Франции. Они допускают отставание на одну секунду за 250 000 лет, что достигается благодаря «атомному синхронизатору». Их специальное устройство принимает, посредством спутниковой связи, постоянные сигналы одной из обсерваторий Швейцарии, располагающей атомными часами.
На здании же крупного культурного центра («Центра Помпиду») в Париже установленные несколько лет назад электронные часы беспрерывно отсчитывают секунды, оставшиеся до 2000 года. На индикаторе этих часов, предназначенных отметить начало XXI века, 0 секунд будет в ночь с 31 декабря 1999 г. на 1 января 2000 г., в то время как это должно быть на год позднее, так как XXI век начинается 1 января 2001 г.
Японская фирма «Сэйко инструменте» создала оригинальные «часы-магнитофон» на жидких кристаллах с двумя блоками памяти, воспроизводящие голос человека в течение 8 секунд.
В настоящее время на мировом рынке наблюдается значительное перепроизводство наручных часов. Поэтому конкурирующие фирмы создают часы, которые не только отличаются размерами и материалами, из которых изготовлен корпус, но содержат и дополнительные, кроме часового механизма, устройства — калькуляторы, пульсомеры, влагомеры и др.
§ 13. Международная служба времени
Решение ряда научных и технических задач требует знания точного времени. Так, например, многолетние тщательные измерения расстояния между одними и теми же пунктами, находящимися в Европе и в Северной Америке, позволили установить изменение этого расстояния. Оказалось, что материки сближаются, и скорость этого сближения на широте 45° составляет около 65 см в год. Такому смещению материков соответствует изменение местного времени на 0,002 секунды, что подтверждает необходимость измерения времени в отдельных случаях {например, для определения долготы места) с очень высокой точностью.
Точное определение долгот точек, расположенных на нашей планете, требует решения двух вспомогательных задач: проведения специальных астрономических наблюдений Солнца или звезд и приема передачи точного времени (без потери при этом точности) из тех мест, где его получают и хранят с помощью высокоточных часов.
Получение моментов точного времени производилось до недавнего времени в астрономических обсерваториях их службами времени. Изобретение радио коренным образом изменило характер и методы работ служб времени. Уже первые опыты по передаче сигналов точного времени по радио, произведенные в начале XX в., показали необходимость создания международной организации для координации подачи радиосигналов времени и определения их погрешностей. В 1912 г. по предложению Бюро долгот в Париже состоялась международная конференция представителей 16 стран, на которой был избран специальный комитет под председательством академика О. А. Баклунда (1846–1916), в то время директора Пулковской обсерватории, но мировая война 1914 г. прервала работу этого комитета. И только в 1919 г. на конференции в Брюсселе был создан Международный астрономический союз — MAC [31], и одним из первых решений Специальной комиссии этого союза было учреждение в Париже постоянно действующего Международного Бюро времени (МБВ), деятельность которого началась с 1 января 1920 г.; в его задачу входит координация работ и обобщение результатов всех служб времени мира.
§ 14. Служба времени СССР
Теперь точное время узнают преимущественно по радио. Когда радио не было, часы выверяли у часовщиков, которые сверяли время на телеграфе.
В 1863 г. впервые точное время, определенное в Пулковской обсерватории из астрономических наблюдений, было передано по проводам в Главную петербургскую телеграфную контору, с часами которой сверялось время во всех телеграфных учреждениях России.
